自製PCB

我們嘗試用我們常造的電路---IC555+IC4017流水燈線路，來示範怎樣自製PCB。

繪製電路原理圖

• 首先開始要繪劃電路原理圖，這部分教程可以參考 之前的教學，這裡就不再重覆。

完成後記得做erc確認有否錯誤，下方的warning可以按Approved，都是正常的。

繪制電路圖

放置元件

• 首先開啟grid設定，將網格設定成100mil，Alt設定為50mil，

• 將零件大約跟著識個版本來排，你未必需要跟我完全一樣，但要注意白線，盡量將相鄰的元件放在一起。

• 接著佈線前跟之前不一樣

• 預設的佈線設定是為工廠所生產，線寬一般為6mil，如果是自製的話，會非常難以控制，所以需要將線寬、線距和最小孔徑加大

• 在命令列輸入drc

• 在Clearance欄中，將所有Wire、Pad和Via的間距設定為`0.5mm，記得輸入單位mm

• Distance中，將Dimension設定為6mil

• 在sizes欄中，將Minimum Width和Minimum Drill分別設為0.5mm和0.9mm，記得輸入單位mm

• 最後在Masks欄中，將Limit設定為3mm，將所有小於3mm的鑽孔都蓋上綠油

• 最後按下Apply，不是Check

自動佈線

• 按下自動佈線按鍵

• 自製PCB的話，如果製作雙面板，會有大量via過孔，需要使用CNC鑽孔，有機會會再寫教程

• 但今次只佈單面板

• 將1 Top保持為Auto，將16 Bottom設定為N/A

• 佈線沒有100%是正常的

• 如果沒有90%以上，可以將板的面積加大一點，讓它留有空間走線

• 選一個走線不要太遠的按下End Job

• 以我的例子為例，還有3條線是未佈的，由白色的幼線連著。

• 接著是手動佈線，由於手動佈線是跟著網格去佈的，所以要先將網格縮少

• 打開Grid選項，或在命令列輸入Grid。

• 將每一格的Size設定成5mil或更少的值。

• 按手動佈線按鍵，或直接在命令列輸入route

• 將線寬設成0.5mm

• 按一按未佈的線，就會有紅色線引出來，移動時其他的紅色線會輕輕避開

• 按一按滑鼠中鍵（即滑鼠滾輪），就會出現綠色的via過孔

• 找空位放下後，就會跳到藍色的線，藍線代表PCB下層的佈線

• 接著按下滑鼠中鍵（即滑鼠滾輪），再次放下via過孔

• 就能返回佈PCB上層的紅線

• 重覆步驟，例如我的板下層就有3條，共6個via過孔

• 最後按下polygon按鍵

• 在板的四邊畫一個方型，就會見到下面的效果

• 由於PCB製作是由覆銅板蝕去不要的地方，所以盡可能保留銅，減少溶劑的損耗

製作PCB板

• 打開左邊的Display Layer欄，如果找不到，可以在上方圖示找到layer指令，或直接在命令列輸入layer

• 只保留1 Top、17 Pad和18 Vias

• 在上方找Print圖示，或直接在命令列輸入Print

• 在Printer中設為Print to File(PDF)

• 選擇Output file的路徑，例如我是直接放在桌面

• Options中，

  • 將影像鏡像mirror，因熱轉印是蓋在覆銅板上方轉印，所以需要鏡像

  • 選擇Black，將影像強制轉成黑白，令印出來更深色

• 在Scale中，將Scale factor設定成1，這樣才能一比一的印出直實尺寸

• 開啟一個你熟識的排版軟件

  • 我的話是Adobe Illustrator

  • 你可以選擇學校電腦有預安裝的CorelDraw

  • 或者在家又不想花錢的話，可以下載免費的 Inkscape

• 將PDF檔排版放入版面，一次過印數份，即使後面的步驟失敗了也能再試

• 用熱轉印紙和激光打印機打印出來

• 熱轉紙有分兩面，要打印在光滑的一面

• 將覆銅板截一半，約100 x 75 mm大小

• 不要將覆銅板截太小，邊長少於70mm的話，下一個步驟不能卷進熱轉印機

• 用400號沙紙，沾水輕力研磨，將表面的氧化物去除

  • 不要太大力研磨，也不要用粗沙紙和研磨太久，典型的覆銅板，銅的厚度只有0.035mm，後容易會全部磨走

• 用洗潔精、洗手液或沐浴露，將銅板兩邊的油脂清洗乾淨

  • 也可以用高濃度酒精或其他去油去水的化學品

    • 使用化學品請做足保護措施

  

   

• 清洗後的用紙抹乾

  • 盡量不要用手指佔到銅的位置，免得油脂再次污染

• 抹乾水後風乾一會

• 等待期間將熱轉印紙剪好備用

  • 熱轉印紙要預留白邊大約1-2cm，不要剛貼著黑邊去剪裁

  

• 用防熱膠紙(最好用3cm寬的那款)，將熱轉印紙貼在覆銅板表面

  • 防熱膠紙不要蓋到黑色部分，否則該部分不能熱轉印到銅板上

  • 熱轉印紙貼到正中央，讓防熱膠紙有足夠的面積貼著銅板，否則下一步放入熱轉印機中，很容易會脫落走位

  • 只需貼一個短邊和少量長邊(如下圖)，機械滾動時會將紙輕輕拉長

  • 確保熱轉印紙完全貼服

• 可以提前準備，將熱轉印機調到180攝氏度左右

• 將銅板有膠紙的一邊推入機器中

• 見到銅板出來後，可用鉗輕輕拉出(注意銅板會非常高熱，不要用手觸碰)

• 重覆這個步驟，共放入機器兩次

  • 下圖是拉出來的圖片，不是推入去的圖片

  • 整個過程中，都需要適當的用力推入和拉出機器，不要只讓上面的膠紙和熱轉印紙受力卷入機器，否則很易脫落

  

• 完成後讓覆銅板泠卻一會

• 之後可以輕輕撕開膠紙和熱轉印紙

• 用放大鏡檢查一下線路是否完整

• 例如下圖，在放大鏡發現有線段印得不太清楚，便需要用箱頭筆將線段補上

  • 補上時請小心手抖，線段只有0.5mm寬和間距，可以在放大鏡下小心操作

  • 記得檢查清楚所有線段，如果你覺得用箱頭筆補線已經得難，那在洗好板後才用幼電線修補，難度堪比做心臟搭橋手術

• 用A4紙覆蓋著覆銅板的油墨部分

• 用閘床裁去多餘的部分

  • 每邊保留有0.5-1cm

• 之後便可以用鑽將過孔vias鑽穿

  • 過孔只有0.9mm，鑽的時候要小心不要弄斷鑽咀

  • 鑽好後用箱頭筆將過孔邊緣的油墨補上，否則之後沒有銅的話很難焊接

• 用箱頭筆將餘下外露的銅都覆蓋上

• 在塗畫背面時，可以順便將需要的接線保留，之後就不需用電線連接

正式動手洗板

• 準備一個電子磅、一個量杯、一個小型餐盒和蝕刻粉劑

• 整個處理過程請戴上橡膠手套，如沒有眼鏡的話，也請戴上眼罩，如溶劑不慎濺入眼中或口中，請立刻使用食用清水沖洗，並立刻求醫

• 準備20克的蝕刻粉劑和80毫升的熱水

  • 比例為1:4，如果容器底面積太大的話，就需要多一點溶劑浸過電路板

  • 讓蝕刻粉劑完全溶於熱水中，熱水有助加快蝕刻過程

  • 在等待煲熱水和量重的過程前，可先預熱下面步驟所用的3D打印機，詳情請看一下步驟

• 如果有平台會移動的3D打印機，可以用以下GCODE檔案，控制3D打印機的平台升溫和前後移動，不用親手搖動。

• 如果沒有的話，請用手將容器搖動，並不時要反轉覆銅板，確保覆銅板兩面都能接觸到流動的溶液

GCODE檔: etching_v=5000_a=60.gcode

• 銅在蝕刻時會製生泡沫，可適當用攝子反動一下覆銅板，泡沫消散後才能更易觀察銅是否已蝕刻成功

• 我這個尺寸的電路板，蝕刻過程大約3-4分鐘，時間過長會連油墨部分都會蝕刻掉

• 蝕刻好後是這樣

• 細心用放大鏡觀察導線有否斷掉或時間不夠有所殘留

• 例如下圖，蝕刻時間有少許過長，部分導線有點幼，焊接時可能要注意，有需要用錫補一補

• 餘下的溶劑不要立即沖掉，可以重覆使用

• 銅的離子為藍色，所以蝕刻完後，溶劑會稍為變藍

• 使用幾次後，溶劑會越來越藍，化學反應會越來越慢

• 直到不能用後，請用石灰或鹼性溶劑中和後才沖掉

• 未用完的溶劑可以用不密封的膠盒儲存，儲存時會產生氧氣，不要用密封膠盒

焊接電路

• 一般完成蝕刻程序後，下一個步驟會再用綠油覆蓋和曬紫外燈，讓該露出來的地方露出來，其他地方用綠油保護

• 但這個過程不易操作，如果只是做測試用的電路，建議可以跳過

• 用沙紙將需要焊接的地方輕輕磨去，其他就讓油墨保護銅不易氧化

  • 不要太大力，銅的厚度只有0.035mm

  • 如果怕焊接時會不小心焊到其他外露的銅，可以用畫筆將綠油薄薄一層塗在會容易和焊盤短路的導線上，多餘的用紙巾抹去，之後用紫外燈曝曬

• 之後就可以焊接

  • 焊接時，要將焫雞(電鉻鐵)預熱焊盤和引腳

  • 將錫線推進焊盤和引腳，不要推進焫雞，否則錫只會黏著焫雞而不會黏焊盤和引腳

  • 下面的示範因要拍攝影片，被手機隔著，所以效果不太好

  • 之後的課我們會有專門為貼片零件焊接的課程和練習，可以練習熟練後才回來焊接這塊自製板

• 完成全部零件焊接後，記得用零件電線腳或較粗的電線，將過孔vias上下焊接接通

完成效果